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南京航空航天大学学报 2011年第3期43卷 357-362页

作者：唐正飞王畅高卓飞南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室南京210016

为了了解微型直升机工作时相关的气动知识,建立了一套微型旋翼悬停状态气动性能分析方法。该方法包含了低雷诺数下微型旋翼桨叶翼型的二维气动特性分析的CFD技术和旋翼气动特性分析的动量/叶素理论。对影响微型旋翼悬停性能的因素做了... 详细信息

为了了解微型直升机工作时相关的气动知识,建立了一套微型旋翼悬停状态气动性能分析方法。该方法包含了低雷诺数下微型旋翼桨叶翼型的二维气动特性分析的CFD技术和旋翼气动特性分析的动量/叶素理论。对影响微型旋翼悬停性能的因素做了初步分析,合适的翼型弯曲、桨叶尖削等,有助于提高微型旋翼的最大悬停效率。文中还对分析的部分结果进行了试验验证。

关键词：微型旋翼低雷诺数悬停性能动量-叶素理论 CFD方法

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扰动风作用下微型旋翼流场的数值模拟及流动控制研究

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计算力学学报 2015年第3期32卷 429-433页

作者：赵贺李孝伟李亮上海市应用数学和力学研究所上海200072

对于处在低雷诺数下的微型旋翼,扰动风对其流场影响很大。本文基于动态嵌套网格技术的双时间法,采用网格速度法模拟扰动风,研究了不同频率和幅值的正弦式扰动风下三维微型旋翼上的拉力系数响应情况,并采用变形网格方法模拟了旋翼桨叶的... 详细信息

对于处在低雷诺数下的微型旋翼,扰动风对其流场影响很大。本文基于动态嵌套网格技术的双时间法,采用网格速度法模拟扰动风,研究了不同频率和幅值的正弦式扰动风下三维微型旋翼上的拉力系数响应情况,并采用变形网格方法模拟了旋翼桨叶的周期性边距运动对扰动风的流动控制,为今后旋翼机的主动控制研究提供了线索。研究结果表明,低雷诺数下,旋翼在周期性扰动风作用下的拉力响应曲线拟合函数与扰动风函数形式相同,响应曲线函数同样具有周期性变化趋势,波动幅值与扰动风幅值成正比例关系;对不同飞行状态下的旋翼,采用周期等角变距方式,能够找到一个适合的控制参数使得旋翼在正弦式扰动风环境下旋翼的拉力波动在一定范围内得到有效抑制。

关键词：正弦扰动风微型旋翼动态嵌套网格双时间法流动控制

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微型旋翼气动特性分析方法与实验研究

微型旋翼气动特性分析方法与实验研究

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作者：王畅南京航空航天大学

学位级别：硕士

因微型旋翼飞行器具有特殊的飞行性能和潜在的应用背景,正越来越受到各国军方和民用部门及科研人员的重视。然而,由于尺寸、重量、续航时间等条件严格的限制,微型旋翼飞行器的发展面临着许多技术难题,其中微型旋翼的空气动力学其最为根... 详细信息

因微型旋翼飞行器具有特殊的飞行性能和潜在的应用背景,正越来越受到各国军方和民用部门及科研人员的重视。然而,由于尺寸、重量、续航时间等条件严格的限制,微型旋翼飞行器的发展面临着许多技术难题,其中微型旋翼的空气动力学其最为根本的技术瓶颈之一,也是当前受到广泛关注的热点之一。微型旋翼作为微型旋翼飞行器的升力面及操纵面,其气动特性直接影响飞行器的性能、操纵性及效率,准确预测微型旋翼的气动特性具有十分重要的意义。本文使用了实验、理论计算,CFD模拟技术等方法对微型旋翼翼型及桨叶在低雷诺数下的空气动力学特性进行系统性研究,建立了一套计算、分析微型旋翼气动特性的研究分析方法。翼型低雷诺数气动特性的计算是微型旋翼气动特性计算的基础,本文首先建立了翼型的低雷诺数气动特性计算的CFD方法,对翼型在低雷诺数环境下的气动特性进行了计算分析,并对适用于微型旋翼应用的薄圆弧翼型的几何特性对气动特性的影响做了分析比较。接着,利用动量-叶素理论方法,结合低雷诺数下微型旋翼桨叶翼型气动特性,建立了微型旋翼悬停状态下的气动特性计算方法。然后研制了相应的微型旋翼悬停性能实验设备,对微型旋翼悬停状态下的气动特性进行了测定,完成了计算方法的实验验证。最后,使用了CFD技术对微型旋翼悬停的三维流场进行了模拟。通过计算结果与实验结果的对比,验证结果证明本文的微型旋翼气动特性计算模型是可靠的。本文建立的微型旋翼气动特性的分析方法的方法简单,精度较高,便于工程应用,为后续的高效的微型旋翼的设计工作提供了理论基础。

关键词：微型旋翼低雷诺数动量-叶素气动特性 CFD

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扰动风作用下微型旋翼流场数值模拟及其流动控制研究

扰动风作用下微型旋翼流场数值模拟及其流动控制研究

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作者：赵贺上海大学

学位级别：硕士

低雷诺数下飞行的微型飞行器，易受到阵风、突风等极端环境的影响，因其所受到的空气动力发生突变而出现剧烈的颠簸甚至发生倾覆。如何提高微型飞行器在扰动风环境下平稳飞行的能力,仍是现今微型飞行器实用化过程中面临的主要技术难题... 详细信息

低雷诺数下飞行的微型飞行器，易受到阵风、突风等极端环境的影响，因其所受到的空气动力发生突变而出现剧烈的颠簸甚至发生倾覆。如何提高微型飞行器在扰动风环境下平稳飞行的能力,仍是现今微型飞行器实用化过程中面临的主要技术难题。本文从流动控制的角度出发，采用数值模拟的方法，对正弦式扰动风作用下微型旋翼式飞行器的流场及旋翼桨叶的周期性变距运动对扰动风的控制规律进行了研究。主要工作包括:1、针对旋翼转动以及桨叶变距运动的复杂运动系统，研究和发展了一种多层滑移网格技术。其主要思想是，将Navier-Stokes方程采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)形式进行描述且计算网格采用结构和非结构混合网格布局后，可以分层次设定计算网格。第一层网格固连在桨叶上一起作变距运动，第二层网格作旋转运动，其转动方式与旋翼的转动方式相同，第三层网格为一静止的大网格。在第一层网格的外边界与第二层网格的内边界间、第二层网格的外边界与第三层网格的内边界间均可以相对滑动。与动态嵌套网格技术相比，该多层滑移网格技术一样具备精细刻画局部流场和描述部件间相对运动的能力，但却可以省去繁复的网格间关系的建立过程。2、研究和发展了一种模拟扰动风的网格速度方法。其思想是，根据相对运动的原理，网格以与扰动风速度大小相等方向相反的速度运动，等同于扰动风的作用。研究中根据微型旋翼尺寸以及扰动风分布特点，认为同一时刻在计算域中的扰动风具有同步性，即扰动风只是时间的函数，与空间无关。在此假定的基础上，采用网格速度方法描述扰动风的作用会变得简单易操作，数值算例也证明了它的有效性。3、结合以上数值技术,研究了正弦式扰动风环境下的微型单旋翼和共轴式微型双旋翼的气动性能和流动控制问题。结果表明：(a)两种旋翼在周期性扰动风作用下的拉力响应曲线均具有周期性，其波动频率和幅值分别与扰动风频率和幅值成正比例关系;(b)采用周期等角变距主动流动控制方式，能够找到适合的控制参数可以使得两种旋翼在周期性扰动风环境中的拉力波动幅度均得到有效的抑制。

关键词：扰动风微型旋翼流动控制滑移网格技术 ALE方法

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扰动风作用下微型旋翼流场的数值模拟研究

扰动风作用下微型旋翼流场的数值模拟研究

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第二十五届全国水动力学研讨会暨第十二届全国水动力学学术会议

作者：赵贺李孝伟李亮上海市应用数学和力学研究所

在低雷诺数下,扰动风对微型旋翼流场的影响很大。基于动态嵌套网格技术上的双时间法,模拟了不同频率和幅值的正弦式扰动风下三维微型旋翼上的拉力系数响应情况,其中湍流模型为Baldwin-Lomax零方程代数模型。研究结果表明,在低雷诺数下,... 详细信息

在低雷诺数下,扰动风对微型旋翼流场的影响很大。基于动态嵌套网格技术上的双时间法,模拟了不同频率和幅值的正弦式扰动风下三维微型旋翼上的拉力系数响应情况,其中湍流模型为Baldwin-Lomax零方程代数模型。研究结果表明,在低雷诺数下,周期性扰动风对微型旋翼的流场影响很大,在其作用下,拉力响应曲线出现了周期性的波动。并且,微型旋翼上的拉力系数响应曲线和扰动风函数曲线形式上相同,同样具有周期性变化趋势,拉力系数响应曲线的幅值与扰动风的幅值成正比例关系。

关键词：正弦扰动风微型旋翼动态嵌套网格双时间法

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微型直升机旋翼的气动力计算

微型直升机旋翼的气动力计算

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作者：蔡伟明西北工业大学

学位级别：硕士

本文通过求解拟压缩性修正后的三维不可压欧拉方程数值模拟了悬停状态时的微型直升机旋翼的流场。在不可压连续方程中引入拟压缩项,使控制方程成为一个封闭且可以沿时间方向推进求解的双曲型偏微分方程组。拟压缩项的引入使不可压方程... 详细信息

本文通过求解拟压缩性修正后的三维不可压欧拉方程数值模拟了悬停状态时的微型直升机旋翼的流场。在不可压连续方程中引入拟压缩项,使控制方程成为一个封闭且可以沿时间方向推进求解的双曲型偏微分方程组。拟压缩项的引入使不可压方程在满足速度散度为零的同时耦合了速度和压强的变化。控制方程采用中心有限体积法进行空间离散,时间推进为五步显式Runge-Kutta方法。采用了当地时间步长、压强阻尼及隐式残值平均方法来加速收敛。应用此方法对上海交通大学微型直升机旋翼进行了数值模拟,计算结果与实验数据吻合得较好,验证了本文方法的正确性。本文的主要工作在以下几个方面: 1.参照可压缩流动计算的中心格式有限体积法完成了旋翼三维拟压缩Euler方程的推导和流动计算程序的编写。推导了拟压缩Euler方程在直角坐标系下的特征值,并由此导出相应的稳定性条件表达式。根据理想气体不可压流动满足Bernoulli方程的原理,借鉴可压缩Euler方程求解的加速收敛措施—焓阻尼,在程序中添加了压强阻尼项加速计算的收敛。 2.数值模拟了悬停状态下微型直升机旋翼附近的流场。在桨叶固连坐标系下,流场可视为准定常,Euler方程以绝对物理量为参数,这样远场为均匀流动。由于坐标系旋转引入的旋转通量能由网格单元面上Stokes定理精确得出。 3.研究了桨尖马赫数、机翼桨距角及机翼剖面的不同外形对旋翼气动特性的影响。对于微型直升机旋翼的设计具有指导意义。

关键词：微型旋翼 Euler方程拟压缩性有限体积法低速

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扰动风作用下微型共轴双旋翼流场的数值模拟及其控制研究

扰动风作用下微型共轴双旋翼流场的数值模拟及其控制研究

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第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研...

作者：房正李孝伟赵贺上海市应用数学和力学研究所

低雷诺数下飞行的微型飞行器,易受到阵风、突风等极端环境的影响,因其所受到的空气动力发生突变而出现剧烈的颠簸甚至发生倾覆。本研究用数值方法对正弦式扰动风下微型共轴式双旋翼的流场及流动控制进行了模拟,使用网格速度法处理扰动风... 详细信息

低雷诺数下飞行的微型飞行器,易受到阵风、突风等极端环境的影响,因其所受到的空气动力发生突变而出现剧烈的颠簸甚至发生倾覆。本研究用数值方法对正弦式扰动风下微型共轴式双旋翼的流场及流动控制进行了模拟,使用网格速度法处理扰动风,并针对旋翼的转动以及桨叶变距运动的复杂系统发展了一种多层滑移网格方法。研究结果表明,（a）正弦式扰动风环境下,共轴式双旋翼上下旋翼的拉力波动很大,拉力系数随时间成周期性的变化;（b）采用周期等角变距主动流动控制方式,能够找到适合的控制参数可以使得共轴式双旋翼在周期性扰动风环境中的拉力波动幅度得到有效的抑制。

关键词：扰动风微型旋翼流动控制滑移网格 ALE方法

来源： cnki会议评论